JPH06332554A - Controlling method for photovoltaic system - Google Patents

Controlling method for photovoltaic system

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JPH06332554A
JPH06332554A JP5121401A JP12140193A JPH06332554A JP H06332554 A JPH06332554 A JP H06332554A JP 5121401 A JP5121401 A JP 5121401A JP 12140193 A JP12140193 A JP 12140193A JP H06332554 A JPH06332554 A JP H06332554A
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JP
Japan
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voltage
circuit
inverter
main circuit
inverter main
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JP5121401A
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Japanese (ja)
Inventor
Ro Chiyou
路 丁
Yasuhiro Makino
康弘 牧野
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06332554A publication Critical patent/JPH06332554A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

PURPOSE:To reduce the required withstand voltage of the electronic parts of an inverter when the linkage is secured with a commercial power system and its torelance and to reduce the cost and the scale of a photovoltaic system. CONSTITUTION:A photovoltaic system includes a solar battery, a boosting circuit 40 and an inverter main circuit. When this generation system is linked to a commercial power system, the pulse width modulation control is applied to the inverter main circuit so that the output voltage of the solar battery is nearly maximized. Furthermore, the boosting rate of the circuit 40 is controlled when the input voltage V2 of the inverter maim circuit exceeds a fixed level lower than the withstand voltage, to suppress the rise of the voltage V2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、単相3線式の商用電力
系統と連系されて使用される太陽光発電システムの制御
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method for a photovoltaic power generation system used in connection with a single-phase three-wire commercial power system.

【0002】[0002]

【従来の技術】単相3線式線路は、負荷平衡時の電圧降
下及び電力損失が単相2線式に比べて少なく経済的に有
利であることから、住宅などの低圧需要家に電力を供給
するための配電方式として大多数の低圧電灯線に採用さ
れている。
2. Description of the Related Art A single-phase, three-wire line is economically advantageous in that it has less voltage drop and power loss during load balancing than the single-phase, two-wire system, so that it can supply power to low-voltage customers such as houses. It is used in the majority of low-voltage lighting lines as a power distribution system for supply.

【0003】一方、近年における地球環境保護意識の高
まりによって、環境汚染のないクリーンエネルギー、中
でも太陽電池を利用した太陽光発電が注目されている。
太陽光発電では発電電力が日射量に応じて大きく変動す
るので、電力の安定供給及び余剰発電電力の有効利用を
図るために、ビルや一般家庭に設置された太陽光発電シ
ステム(太陽電池とインバータとからなる)は、商用電
力系統との連系による使用が望ましい。つまり、通常は
太陽光発電システムと商用電力系統との並列運転により
負荷に対する給電が行われ、自家に必要な電力の一部又
は全部が太陽光発電によって賄われるとともに、太陽電
池の発電電力が余った場合には商用電力系統へのいわゆ
る逆潮流が行われる。
On the other hand, clean energy without environmental pollution, in particular, photovoltaic power generation using a solar cell has been attracting attention due to the increasing awareness of global environmental protection in recent years.
In solar power generation, the generated power fluctuates greatly depending on the amount of solar radiation, so a solar power generation system (solar cell and inverter installed in buildings and households to ensure stable power supply and effective use of surplus generated power It is desirable to use the system consisting of (and) together with the commercial power system. In other words, power is normally supplied to the load by parallel operation of the solar power generation system and the commercial power system, and part or all of the electric power required for the home is covered by the solar power generation, and the power generated by the solar cell is surplus. If so, a so-called reverse power flow to the commercial power system is performed.

【0004】さて、一般に、直流電力の単相交流電力へ
の変換には、図6に示すように、自己ターンオフ機能を
有したスイッチング素子である4つの半導体デバイス
(例えばIGBT)Q1〜4と、これらのそれぞれに対
して逆並列接続された4つの帰還ダイオードD1〜4と
からなる単相ブリッジ形のインバータ主回路22が用い
られる。
Generally, in converting DC power into single-phase AC power, as shown in FIG. 6, four semiconductor devices (for example, IGBTs) Q1 to Q4, which are switching elements having a self-turn-off function, A single-phase bridge type inverter main circuit 22 composed of four feedback diodes D1 to D4 connected in anti-parallel to each of these is used.

【0005】インバータ主回路22では、周知のように
半導体デバイスQ1,Q4の組と半導体デバイスQ2,
Q3の組とに分け、各組を交互に開閉(スイッチング)
することによって、半導体デバイスQ1,Q2の接続点
と半導体デバイスQ3,Q4の接続点との間に階段波状
の電圧が得られる。そして、スイッチング信号に適当な
パルス幅変調(PWM)を施すことによって、出力電圧
波形を正弦波形に近づけることができる。
In the inverter main circuit 22, as is well known, a set of semiconductor devices Q1 and Q4 and a semiconductor device Q2.
Divided into groups of Q3, each group is alternately opened and closed (switching)
By doing so, a staircase voltage is obtained between the connection point of the semiconductor devices Q1 and Q2 and the connection point of the semiconductor devices Q3 and Q4. Then, by applying an appropriate pulse width modulation (PWM) to the switching signal, the output voltage waveform can be approximated to a sine waveform.

【0006】なお、インバータ主回路22の入力直流電
圧は、原理的には出力交流電圧の波高値(実効値の約
1.4倍)であればよいが、実際には半導体デバイスQ
1〜4の電圧降下、フィルタ回路の電圧降下、及び直流
電源(太陽電池)の温度特性などを考慮して、出力交流
電圧(実効値)の2倍程度の値に設定される。
In principle, the input DC voltage of the inverter main circuit 22 may be the peak value of the output AC voltage (about 1.4 times the effective value), but in reality it is the semiconductor device Q.
In consideration of the voltage drops of 1 to 4, the voltage drop of the filter circuit, the temperature characteristics of the DC power supply (solar cell), etc., it is set to a value about twice the output AC voltage (effective value).

【0007】インバータ主回路22の出力線形式は単相
2線式である。したがって、従来では、図7(a)に示
すように、太陽電池10及びインバータ20Aからなる
太陽光発電システムは、単3式トランスと呼称される線
式変換用の変成器30を用いて単相3線式の商用電力系
統と連系されていた。その際、一般家庭用の低圧電灯線
のように単相3線式線路の中性線Nと各電圧線R,Sと
の間の電圧が100Vrmsの場合、インバータ20A
の出力電圧は100Vrmsとされ、太陽電池10とし
て最適動作電圧(出力電力が最大となる電圧)が200
V程度のものが使用されていた。
The output line type of the inverter main circuit 22 is a single-phase two-wire type. Therefore, conventionally, as shown in FIG. 7A, a photovoltaic power generation system including a solar cell 10 and an inverter 20A uses a single-phase transformer 30 for linear conversion, which is referred to as an AA transformer. It was connected to a three-wire commercial power system. At that time, when the voltage between the neutral line N of the single-phase three-wire line and each of the voltage lines R and S is 100 Vrms, such as a low-voltage light wire for general household use, the inverter 20A
Output voltage is set to 100 Vrms, and the optimum operating voltage (voltage at which the output power becomes maximum) of the solar cell 10 is 200 Vrms.
The thing of about V was used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】太陽光発電システムの
小型軽量化及び低価格化の上で、変成器30による連系
は不利である。すなわち、太陽光発電システムにおいて
も、各種の電気回路装置と同様にトランスレス化が望ま
れている。
The interconnection by the transformer 30 is disadvantageous in reducing the size, weight and cost of the solar power generation system. That is, also in the solar power generation system, it is desired to be transformerless like various electric circuit devices.

【0009】そこで、図7(b)に示すように、商用電
力系統との連系に際して、インバータ20Bの出力電圧
を200Vrmsとし、インバータ主回路22の各出力
端子を変成器30を介さずに各電圧線R,Sと接続する
ことが考えられる。
Therefore, as shown in FIG. 7B, the output voltage of the inverter 20B is set to 200 Vrms and the output terminals of the inverter main circuit 22 are connected to each other without passing through the transformer 30 during the interconnection with the commercial power system. It is conceivable to connect to the voltage lines R and S.

【0010】その場合、太陽電池10とインバータ20
Bとの間の屋内配線の線間電圧を安全基準で定められた
上限値300Vより低くする必要があるので、インバー
タ主回路22の直流入力として必要な400Vの電圧
(出力電圧の2倍の電圧)を得るために、開放電圧(最
大電圧)が300Vより低い太陽電池10を使用すると
ともに、太陽電池10の出力電圧を400Vに昇圧する
昇圧回路40をインバータ主回路22の前段に設けるこ
とになる。
In this case, the solar cell 10 and the inverter 20
Since it is necessary to make the line voltage of the indoor wiring with B lower than the upper limit value 300V defined by the safety standard, the voltage of 400V required as the DC input of the inverter main circuit 22 (double the output voltage) In order to obtain (1), the solar cell 10 whose open circuit voltage (maximum voltage) is lower than 300V is used, and the booster circuit 40 for boosting the output voltage of the solar cell 10 to 400V is provided in the preceding stage of the inverter main circuit 22. .

【0011】ここで、一般に使用されるシリコン太陽電
池では、単結晶系と多結晶系とアモルファス系とで若干
の違いはあるものの、開放電圧は最適動作電圧の約1.
5倍である。したがって、太陽電池10として従来と同
様に最適動作電圧が200V程度のものを使用し、昇圧
回路40の昇圧比を「2」とすれば、安全基準に適合し
且つ商用電力系統とのトランスレスの連系が可能な太陽
光発電システムを実現することができる。
Here, in a commonly used silicon solar cell, the open circuit voltage is about 1.about.1, which is the optimum operating voltage, although there are some differences between the single crystal system, the polycrystalline system and the amorphous system.
5 times. Therefore, if the optimum operating voltage of the solar cell 10 is about 200 V as in the conventional case, and the step-up ratio of the step-up circuit 40 is "2", the safety standard is met and the transformer without commercial power system is used. It is possible to realize a photovoltaic power generation system that can be interconnected.

【0012】ところが、このような太陽光発電システム
では、その運転開始時点などにおいて、昇圧回路40の
出力電圧が太陽電池10の開放電圧の2倍の600(=
200×1.5×2)Vに達する可能性がある。このた
め、インバータ主回路22の入力のリップルを低減する
ための平滑コンデンサC0、及びインバータ主回路22
の各半導体デバイスQ1〜4に600V以上の耐圧が要
求されることから、インバータ20Bの高価格化及び大
型化が避けられないという問題が生じる。また、半導体
デバイスQ1〜4は耐圧が高いほどスイッチング損失が
大きい。
However, in such a solar power generation system, the output voltage of the booster circuit 40 is 600 times the open circuit voltage of the solar cell 10 (600 (=
200 × 1.5 × 2) V can be reached. Therefore, the smoothing capacitor C0 for reducing the input ripple of the inverter main circuit 22 and the inverter main circuit 22
Since each of the semiconductor devices Q1 to Q4 is required to have a withstand voltage of 600 V or higher, there arises a problem that the price increase and the size increase of the inverter 20B cannot be avoided. Further, the higher the breakdown voltage of the semiconductor devices Q1 to Q4, the larger the switching loss.

【0013】本発明は、上述の問題に鑑み、商用電力系
統とのトランスレスの連系に際して、インバータを構成
する電子部品の所要耐圧の低減を図り、太陽光発電シス
テムの低価格化及び小型化を実現することを目的として
いる。
In view of the above-mentioned problems, the present invention aims to reduce the withstand voltage of electronic components constituting an inverter in a transformerless interconnection with a commercial power system, thereby reducing the price and size of a solar power generation system. The purpose is to realize.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る制
御方法は、上述の課題を解決するため、直流電力を出力
する太陽電池と、前記直流電力をスイッチング制御によ
って昇圧する昇圧回路と、昇圧後の前記直流電力を交流
電力に変換するためのインバータ主回路とを有した太陽
光発電システムの商用電力系統との連系に際して、前記
太陽電池の出力電力がほぼ最大となるように、前記イン
バータ主回路に対してパルス幅変調制御を行うととも
に、前記インバータ主回路の入力電圧が耐電圧より低い
一定電圧を越えるときに、前記インバータ主回路の入力
電圧の上昇を抑えるように前記昇圧回路の昇圧比を調整
するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a control method according to the invention of claim 1 is a solar cell that outputs DC power, and a booster circuit that boosts the DC power by switching control. Upon interconnection with a commercial power system of a photovoltaic power generation system having an inverter main circuit for converting the DC power after boosting to AC power, the output power of the solar cell is almost maximized, A pulse width modulation control is performed on the inverter main circuit, and when the input voltage of the inverter main circuit exceeds a certain voltage lower than the withstand voltage, the booster circuit suppresses an increase in the input voltage of the inverter main circuit. The step-up ratio is adjusted.

【0015】請求項2の発明に係る制御方法は、前記イ
ンバータ主回路の入力電圧が耐電圧を越えるときには、
前記昇圧回路を動作停止状態にするものである。
In the control method according to the invention of claim 2, when the input voltage of the inverter main circuit exceeds the withstand voltage,
The booster circuit is put into an operation stop state.

【0016】[0016]

【作用】通常は、インバータ主回路に対するパルス幅変
調制御により、太陽電池の動作点が最適動作点又はその
近辺に維持され、昇圧回路は太陽電池の出力電圧を交流
への変換に必要な電圧に昇圧して出力する。このとき、
昇圧比はほぼ「2」である。
Operation Normally, the operating point of the solar cell is maintained at or near the optimum operating point by the pulse width modulation control for the inverter main circuit, and the booster circuit converts the output voltage of the solar cell into the voltage required for conversion to AC. Boost and output. At this time,
The boost ratio is almost "2".

【0017】これに対して、例えば、太陽光発電システ
ムの運転開始から動作が安定するまでの過渡期、日射量
が急激に変化した場合などにおいて、太陽電池の出力電
圧が開放電圧に近づき、それにともなってインバータ主
回路の入力電圧が耐電圧より低い一定電圧に近づいたと
きには、昇圧回路はインバータ主回路の入力電圧の上昇
を抑えるように昇圧比を小さくする。
On the other hand, for example, in the transition period from the start of operation of the photovoltaic power generation system to the stable operation, when the amount of solar radiation changes rapidly, the output voltage of the solar cell approaches the open circuit voltage, and Accordingly, when the input voltage of the inverter main circuit approaches a constant voltage lower than the withstand voltage, the booster circuit reduces the boosting ratio so as to suppress the increase of the input voltage of the inverter main circuit.

【0018】[0018]

【実施例】図1は本発明の実施に係る太陽光発電システ
ム1を商用電力系統2に接続した状態を示すブロック図
である。
1 is a block diagram showing a state in which a photovoltaic power generation system 1 according to an embodiment of the present invention is connected to a commercial power grid 2.

【0019】太陽光発電システム1は、最適動作電圧が
200V程度の太陽電池10と、電圧形電流制御方式の
インバータ20とから構成され、図示しない積算電力計
や分電盤などからなる配電装置4を介して単相3線式の
商用電力系統(電圧線間の電圧は200Vrms、周波
数は50/60Hz)2と連系されている。配電線3に
は各種の電化製品などの負荷Zが接続されている。
The solar power generation system 1 is composed of a solar cell 10 having an optimum operating voltage of about 200 V and an inverter 20 of a voltage type current control system, and a power distribution device 4 including an unillustrated integrating power meter, a distribution board and the like. Via a single-phase three-wire commercial power system (voltage between voltage lines is 200 Vrms, frequency is 50/60 Hz) 2. A load Z such as various electric appliances is connected to the distribution line 3.

【0020】インバータ20は、入力側のノイズフィル
タ21、太陽電池10の出力電圧V1を昇圧するチョッ
パ方式の昇圧回路40、耐電圧550Vの平滑コンデン
サC0、昇圧回路40の出力電圧V2を200Vrms
の交流電圧に変換するための単相ブリッジ形のインバー
タ主回路22、インバータ主回路22のPWMスイッチ
ング制御などを行うインバータ制御部23、高調波成分
の少ない出力を得るための逆L形の出力フィルタ24、
継電器25、出力側のノイズフィルタ26、遮断器2
7、出力電流を検出するための変流器28、及び太陽光
発電システム1と商用電力系統2との連系点Pxの電圧
(すなわち配電線3上の系統電圧)の位相及び波形を検
出するための変圧器29などから構成されている。
The inverter 20 includes a noise filter 21 on the input side, a chopper type booster circuit 40 for boosting the output voltage V1 of the solar cell 10, a smoothing capacitor C0 having a withstand voltage of 550 V, and an output voltage V2 of the booster circuit 40 of 200 Vrms.
Single-phase bridge type inverter main circuit 22 for converting into AC voltage, inverter control section 23 for performing PWM switching control of the inverter main circuit 22, and inverse L-shaped output filter for obtaining an output with less harmonic components 24,
Relay 25, output side noise filter 26, circuit breaker 2
7, the current transformer 28 for detecting the output current, and the phase and waveform of the voltage at the interconnection point Px between the photovoltaic power generation system 1 and the commercial power system 2 (that is, the system voltage on the distribution line 3). It is composed of a transformer 29 and the like.

【0021】継電器25は、系統電圧(ここでは中性線
と一方の電圧線との間の電圧)が規定範囲の上限値10
7(101+6)ボルトになったときにインバータ制御
部23によって遮断状態とされ、これによって実質的に
連系が解除される。つまり、インバータ20は連系保護
機能を有している。
In the relay 25, the system voltage (here, the voltage between the neutral line and one of the voltage lines) is the upper limit value 10 within a specified range.
When the voltage reaches 7 (101 + 6) volts, the inverter control unit 23 cuts off the connection, thereby substantially canceling the interconnection. That is, the inverter 20 has an interconnection protection function.

【0022】図2は図1のインバータ制御部23の構成
を示すブロック図である。インバータ制御部23は、差
動増幅器(エラーアンプ)231,233、乗算器23
2、PWMパルス生成部234、及び系統電圧の基準周
波数成分を抽出するためのバンドパスフィルタ235を
有したフィードバック制御系であり、インバータ20の
出力状態が適正になるようにパルス幅を調整した複数組
のPWMパルスをスイッチング信号としてインバータ主
回路22へ出力する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the inverter control unit 23 shown in FIG. The inverter control unit 23 includes a differential amplifier (error amplifier) 231, 233, a multiplier 23.
2. A feedback control system having a PWM pulse generation unit 234 and a bandpass filter 235 for extracting a reference frequency component of the system voltage, and a plurality of pulse widths adjusted so that the output state of the inverter 20 becomes appropriate. The set of PWM pulses is output to the inverter main circuit 22 as a switching signal.

【0023】PWMパルス生成部234は、位相反転回
路241、三角波信号発生回路242、コンパレータ2
43,244、論理回路245、及びスイッチング駆動
用のドライバ回路246からなる。
The PWM pulse generator 234 includes a phase inversion circuit 241, a triangular wave signal generation circuit 242, and a comparator 2.
43, 244, a logic circuit 245, and a driver circuit 246 for switching drive.

【0024】インバータ制御部23では、日射量に応じ
て変動する直流入力電圧(太陽電池の出力電圧)V1と
基準電圧Vrefとの差を示す入力誤差信号Saが生成
され、この入力誤差信号Saと系統電圧の基本周波数成
分に対応した信号Sbとの乗算によって、制御の目標値
を示す電流指令値信号Siが生成される。すなわち、入
力誤差信号Saによってインバータ20の出力電流の大
きさ(振幅)が設定され、系統電圧によって出力電流の
位相が設定される。
The inverter control unit 23 generates an input error signal Sa indicating the difference between the DC input voltage (output voltage of the solar cell) V1 varying according to the amount of solar radiation and the reference voltage Vref. A current command value signal Si indicating a control target value is generated by multiplication with the signal Sb corresponding to the fundamental frequency component of the system voltage. That is, the magnitude (amplitude) of the output current of the inverter 20 is set by the input error signal Sa, and the phase of the output current is set by the system voltage.

【0025】そして、電流指令値信号Siに対して実際
の出力電流の位相を示す信号Scに応じた補正及び適当
な増幅が施され、その後にPWMパルス生成部234内
で、電流指令値信号Si及びその位相反転信号と20k
Hz程度の変調用三角波信号Sfとの比較、及び適当な
論理演算によって所定のPWMパルスが生成される。
Then, the current command value signal Si is corrected and appropriately amplified in accordance with the signal Sc indicating the phase of the actual output current, and then the current command value signal Si is set in the PWM pulse generator 234. And its phase inversion signal and 20k
A predetermined PWM pulse is generated by comparison with the modulating triangular wave signal Sf of about Hz and an appropriate logical operation.

【0026】これにより、インバータ20においては、
太陽電池10の出力電圧V1を基準電圧Vrefに一致
させるように出力電流を調整する入力電圧一定制御が行
われる。
As a result, in the inverter 20,
Input voltage constant control is performed to adjust the output current so that the output voltage V1 of the solar cell 10 matches the reference voltage Vref.

【0027】基準電圧Vrefとしては、太陽電池10
の発電電力をできるだけ効率よく利用するために、太陽
電池10の出力電力が最大となる最適動作電圧に近い値
(ここでは200V)に設定されている。
As the reference voltage Vref, the solar cell 10 is used.
In order to use the generated electric power of 1 as efficiently as possible, the output electric power of the solar cell 10 is set to a value close to the optimum operating voltage (here, 200 V).

【0028】つまり、太陽電池10の出力特性の一例を
示す図4において、日射量が変動すると太陽電池10の
出力特性は曲線CV1〜3のように変化する。これらの
曲線CV1〜3において、最適動作点(最大電力点とも
いう)はP1〜3のように変化するので、インバータ2
0においては、日射量が変動した場合であっても太陽電
池10が常に最適動作点P1〜3で動作するように最大
電力点追尾制御を行うことが望ましい。しかし、図4か
らも理解できるように、最適動作点P1〜3における電
圧(最適動作電圧)の変化は小さいので、制御回路の簡
単化のために、太陽電池10の出力電圧V1が最適動作
電圧の変動範囲内における中央近辺の一定の電圧(例え
ば200V)となるように基準電圧Vrefが設定され
ているのである。
That is, in FIG. 4 showing an example of the output characteristics of the solar cell 10, when the amount of solar radiation changes, the output characteristics of the solar cell 10 change like curves CV1 to CV1. In these curves CV1 to CV3, the optimum operating point (also called the maximum power point) changes like P1 to P3, so that the inverter 2
At 0, it is desirable to perform maximum power point tracking control so that the solar cell 10 always operates at the optimum operating points P1 to 3 even when the amount of solar radiation changes. However, as can be understood from FIG. 4, since the change in the voltage (optimal operating voltage) at the optimal operating points P1 to P3 is small, the output voltage V1 of the solar cell 10 is set to the optimal operating voltage in order to simplify the control circuit. The reference voltage Vref is set so as to be a constant voltage (for example, 200 V) near the center within the fluctuation range of.

【0029】図3は図1の昇圧回路40の構成を示すブ
ロック図である。昇圧回路40は、周知の回路構成のチ
ョッパ部50と、チョッパ部50のスイッチング制御を
行うチョッパ制御部60とから構成されている。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the booster circuit 40 of FIG. The booster circuit 40 includes a chopper unit 50 having a known circuit configuration and a chopper control unit 60 that controls switching of the chopper unit 50.

【0030】チョッパ部50においては、スイッチング
用の半導体デバイス53がオン状態の期間Tonに、太
陽電池10から平滑コンデンサ51を介してリアクトル
52に電流が流れ込み、半導体デバイス53がオフ状態
の期間Toffに、その以前にリアクトル52に蓄えら
れた電荷エネルギーが、逆流防止用のダイオード54及
び放電用の抵抗55からなる出力部を経てインバータ主
回路22側へ移る。
In the chopper section 50, during the period Ton during which the semiconductor device 53 for switching is on, current flows from the solar cell 10 into the reactor 52 through the smoothing capacitor 51, and during the period Toff during which the semiconductor device 53 is off. , The electric charge energy stored in the reactor 52 before that is transferred to the inverter main circuit 22 side through the output section including the diode 54 for backflow prevention and the resistor 55 for discharging.

【0031】このようなチョッパ部50における昇圧比
(V2/V1)は、(1)式によって表される。 V2/V1=(Ton+Toff)/ Toff …(1) すなわち、半導体デバイス53のオンオフの周期T(=
Ton+Toff)において、期間Toffが短いほど
昇圧比が増大する。
The boosting ratio (V2 / V1) in the chopper section 50 is expressed by the equation (1). V2 / V1 = (Ton + Toff) / Toff (1) That is, the ON / OFF cycle T (=
Ton + Toff), the shorter the period Toff, the higher the boost ratio.

【0032】一方、チョッパ制御部60は、コンパレー
タ61,67,68、論理積回路62,69、ドライバ
回路63、差動増幅器(エラーアンプ)64、及びアッ
テネータ65,66から構成されている。
On the other hand, the chopper control section 60 is composed of comparators 61, 67 and 68, AND circuits 62 and 69, a driver circuit 63, a differential amplifier (error amplifier) 64, and attenuators 65 and 66.

【0033】コンパレータ61は、出力誤差信号Spと
上述の三角波信号Sfとを比較し、半導体デバイス53
のスイッチングを規定する論理信号S61を出力する。
出力誤差信号Spは、電圧V2をアッテネータ66によ
り適当に降圧したフィードバック電圧V2aと予め設定
された昇圧基準電圧Vzとの差を示す信号である。論理
信号S61は、信号ゲートとして設けられた論理積回路
62を介してドライバ回路63へ入力され、半導体デバ
イス53を駆動するためのスイッチング信号S53の生
成に用いられる。
The comparator 61 compares the output error signal Sp with the above-mentioned triangular wave signal Sf, and the semiconductor device 53
It outputs a logic signal S61 that defines the switching of the.
The output error signal Sp is a signal indicating the difference between the feedback voltage V2a obtained by appropriately reducing the voltage V2 by the attenuator 66 and the preset reference voltage Vz. The logic signal S61 is input to the driver circuit 63 via the AND circuit 62 provided as a signal gate, and is used to generate the switching signal S53 for driving the semiconductor device 53.

【0034】これにより、チョッパ制御部50において
は、電圧V2が昇圧基準電圧Vzに対応した一定の上限
電圧(例えば450V)と一致するように、スイッチン
グ信号S53のパルス幅を調整するPWMスイッチング
制御が行われ、その結果として電圧V2は、図5に示す
ように、太陽電池10の出力電圧V1が日射量にほぼ比
例して増大するにも係わらず450Vに制限される。
As a result, the chopper control section 50 performs PWM switching control for adjusting the pulse width of the switching signal S53 so that the voltage V2 matches a certain upper limit voltage (for example, 450V) corresponding to the boost reference voltage Vz. As a result, the voltage V2 is limited to 450 V even though the output voltage V1 of the solar cell 10 increases almost in proportion to the amount of solar radiation, as shown in FIG.

【0035】ただし、このようなPWMスイッチング制
御は、入力側の電圧V1が安全基準の上限電圧300V
より低く、且つ出力側の電圧V2がチョッパ部40の後
段の各部の耐電圧550Vよりも低い場合に限られる。
すなわち、アッテネータ65,66とコンパレータ6
7,68と論理積回路69とによって、電圧V1,V2
の少なくとも一方が所定の電圧以上であることが検出さ
れた場合には、上述の論理積回路62の出力がローレベ
ル(ノンアクティブ)となり、実質的に昇圧回路40の
動作が停止状態となる。
However, in such PWM switching control, the voltage V1 on the input side is the safety standard upper limit voltage 300V.
This is limited to the case where it is lower and the output side voltage V2 is lower than the withstand voltage 550V of each part in the subsequent stage of the chopper section 40.
That is, the attenuators 65 and 66 and the comparator 6
7, 68 and the AND circuit 69, the voltages V1, V2
When it is detected that at least one of the above is higher than or equal to a predetermined voltage, the output of the AND circuit 62 becomes low level (non-active), and the operation of the booster circuit 40 is substantially stopped.

【0036】次に、以上の構成のインバータ20の通常
動作について説明する。まず、太陽電池10の出力特性
が曲線CV2となるような日射量であったとする。そし
て、チョッパ制御部60が出力電圧V2を一定の値(4
50V)とするようにPWM制御を行い、これによって
太陽電池10が動作点aで動作しているとする。このと
き、インバータ制御部23によって入力電圧V1が一定
の値(200V)となるようにPWM制御が行われるの
で、その電圧V1を維持すべく昇圧回路40からインバ
ータ主回路22に電流が供給される。
Next, the normal operation of the inverter 20 having the above configuration will be described. First, it is assumed that the amount of solar radiation is such that the output characteristic of the solar cell 10 becomes the curve CV2. Then, the chopper control unit 60 sets the output voltage V2 to a constant value (4
It is assumed that the PWM control is performed so that the solar cell 10 is at 50 V) and that the solar cell 10 is operating at the operating point a. At this time, the PWM control is performed by the inverter control unit 23 so that the input voltage V1 becomes a constant value (200V). Therefore, a current is supplied from the booster circuit 40 to the inverter main circuit 22 in order to maintain the voltage V1. .

【0037】このような状態において、日射量が低下
し、太陽電池10の出力特性が曲線CV2から曲線CV
3に変化したとする。インバータ制御部23が何らの制
御を行わない場合には、太陽電池10の動作点はa点か
らb点に移行するが、入力電圧一定制御が行われている
ので、動作点は曲線CV3上のb1点となる。これはイ
ンバータ主回路22がインピーダンス変換器として作用
しているためである。
In such a state, the amount of solar radiation decreases and the output characteristic of the solar cell 10 changes from the curve CV2 to the curve CV.
Suppose it changed to 3. If the inverter control unit 23 does not perform any control, the operating point of the solar cell 10 shifts from the point a to the point b, but since the input voltage constant control is performed, the operating point is on the curve CV3. b1 points. This is because the inverter main circuit 22 acts as an impedance converter.

【0038】そうすると、入力電圧一定制御によるパル
ス幅の変化により、昇圧回路40の出力電圧V2が当然
に変化しようとする。昇圧回路40は、出力電圧V2が
変化しないようにPWM制御を行う。このとき、昇圧回
路40の側から見るとインバータ主回路22は負荷とな
っているのであるが、インバータ制御部23がPWM制
御を行うことによってインバータ主回路22のインピー
ダンスは変化することになる。インバータ主回路22の
インピーダンスの変化は昇圧回路40の入力電圧V1を
変化させることになるため、昇圧回路40もまたPWM
制御を行う。このことによりまた昇圧回路40の出力電
圧V2が変化するため、インバータ制御部23もPWM
制御を行う。
Then, the output voltage V2 of the booster circuit 40 naturally changes due to the change in the pulse width due to the constant input voltage control. The booster circuit 40 performs PWM control so that the output voltage V2 does not change. At this time, when viewed from the booster circuit 40 side, the inverter main circuit 22 is a load, but the impedance of the inverter main circuit 22 changes when the inverter control unit 23 performs PWM control. Since the change of the impedance of the inverter main circuit 22 changes the input voltage V1 of the booster circuit 40, the booster circuit 40 is also PWM.
Take control. As a result, the output voltage V2 of the booster circuit 40 also changes, so that the inverter control unit 23 also performs PWM.
Take control.

【0039】以上の一連の動作を繰り返すことによっ
て、昇圧回路40及びインバータ主回路22の制御は最
終的に収束し、上述の一定の電圧を維持した状態で安定
する。また、日射量が増加し、太陽電池10の出力特性
が曲線CV2から曲線CV1に変化した場合には、上述
と同様に動作点がc1点となるようにPWM制御が行わ
れる。
By repeating the above series of operations, the control of the booster circuit 40 and the inverter main circuit 22 finally converges, and is stabilized in the state where the above-mentioned constant voltage is maintained. Further, when the amount of solar radiation increases and the output characteristic of the solar cell 10 changes from the curve CV2 to the curve CV1, PWM control is performed so that the operating point is the c1 point, as described above.

【0040】上述の実施例によれば、昇圧回路40の昇
圧比が固定ではなく、後段のインバータ主回路22の入
力電圧V2を450Vに制限するように調整されるの
で、市販の汎用部品の中では耐電圧が最大の550Vで
ある電解コンデンサを平滑コンデンサC0として用いる
ことができ、耐電圧が550Vを越える特殊な電解コン
デンサを用いる場合に比べて、平滑コンデンサC0の部
品価格を大幅に抑えることができる。また、インバータ
主回路22の半導体デバイスQ1〜4の耐電圧も同様に
低減することができ、スイッチング損失を最小限に抑え
ることができる。
According to the above-described embodiment, the step-up ratio of the step-up circuit 40 is not fixed, but is adjusted so as to limit the input voltage V2 of the inverter main circuit 22 in the subsequent stage to 450 V. Therefore, an electrolytic capacitor having a maximum withstand voltage of 550V can be used as the smoothing capacitor C0, and the component price of the smoothing capacitor C0 can be significantly reduced compared to the case where a special electrolytic capacitor having a withstand voltage of more than 550V is used. it can. Further, the withstand voltage of the semiconductor devices Q1 to Q4 of the inverter main circuit 22 can be similarly reduced, and the switching loss can be minimized.

【0041】上述の実施例において、昇圧回路40の出
力電圧V2の制限値を450Vに限定する必要はなく、
インバータ主回路22によって200Vrmsを得る上
で必要となる最低値(400V程度)と平滑コンデンサ
C0などの耐電圧550Vとの間の適当な値(例えば5
00V)に設定すればよい。
In the above embodiment, it is not necessary to limit the limit value of the output voltage V2 of the booster circuit 40 to 450V.
An appropriate value between the minimum value (about 400 V) required to obtain 200 Vrms by the inverter main circuit 22 and the withstand voltage 550 V of the smoothing capacitor C0 (for example, 5 V).
00V).

【0042】上述の実施例において、昇圧回路40の出
力電圧V2が0〜450Vのときは太陽電池10の出力
電圧V1に係わらず昇圧比を一定値Nとし、電圧V1が
(450/N)を越えるときに、昇圧比をNより小さい
値として電圧V2の上昇を抑えるようにしてもよい。
In the above embodiment, when the output voltage V2 of the booster circuit 40 is 0 to 450 V, the boosting ratio is a constant value N regardless of the output voltage V1 of the solar cell 10, and the voltage V1 is (450 / N). When it exceeds, the step-up ratio may be set to a value smaller than N to suppress the rise of the voltage V2.

【0043】上述の実施例において、チョッパ方式の昇
圧回路40に代えて、DC−DCコンバータなどの他の
方式のスイッチングレギュレータを用いることができ
る。また、インバータ制御部23の回路構成、インバー
タ主回路22の素子の種類などは本発明の主旨に沿って
種々変更することができる。
In the above-described embodiment, the chopper type booster circuit 40 may be replaced with another type of switching regulator such as a DC-DC converter. Further, the circuit configuration of the inverter control unit 23, the type of elements of the inverter main circuit 22 and the like can be variously changed in accordance with the gist of the present invention.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、商用電力系統とのトラ
ンスレスの連系に際して、インバータを構成する電子部
品の所要耐圧の低減を図り、太陽光発電システムの低価
格化及び小型化を実現することができる。
According to the present invention, at the time of transformerless interconnection with a commercial power system, it is possible to reduce the required withstand voltage of electronic components that constitute an inverter, and to realize a cost reduction and downsizing of a solar power generation system. can do.

【0045】請求項2の発明によれば、電子部品の所要
耐圧の低減を図りつつ、太陽光発電システムの安全性を
高めることができる。
According to the second aspect of the invention, the safety of the photovoltaic power generation system can be improved while reducing the required breakdown voltage of the electronic component.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施に係る太陽光発電システムを商用
電力系統に接続した状態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a state in which a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention is connected to a commercial power grid.

【図2】図1のインバータ制御部の構成を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an inverter control unit in FIG.

【図3】図1の昇圧回路の構成を示すブロック図であ
る。
3 is a block diagram showing a configuration of a booster circuit shown in FIG. 1. FIG.

【図4】太陽電池の出力特性の一例を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing an example of output characteristics of a solar cell.

【図5】日射量と昇圧回路の入出力電圧との関係を示す
グラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of solar radiation and the input / output voltage of the booster circuit.

【図6】単相ブリッジ形のインバータ主回路の構成を示
す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a single-phase bridge type inverter main circuit.

【図7】従来の制御方法によるインバータと単相3線式
線路との接続形態を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a connection form between an inverter and a single-phase three-wire line according to a conventional control method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 太陽光発電システム 2 商用電力系統 10 太陽電池 22 インバータ主回路 40 昇圧回路 V1 太陽電池の出力電圧 V2 インバータ主回路の入力電圧 1 Solar power generation system 2 Commercial power system 10 Solar cell 22 Inverter main circuit 40 Booster circuit V1 Solar cell output voltage V2 Inverter main circuit input voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02M 7/48 F 9181−5H M 9181−5H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location H02M 7/48 F 9181-5H M 9181-5H

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】直流電力を出力する太陽電池と、前記直流
電力をスイッチング制御によって昇圧する昇圧回路と、
昇圧後の前記直流電力を交流電力に変換するためのイン
バータ主回路とを有し、商用電力系統と連系されて使用
される太陽光発電システムの制御方法であって、 前記太陽電池の出力電力がほぼ最大となるように、前記
インバータ主回路に対してパルス幅変調制御を行うとと
もに、 前記インバータ主回路の入力電圧が耐電圧より低い一定
電圧を越えるときに、前記インバータ主回路の入力電圧
の上昇を抑えるように前記昇圧回路の昇圧比を調整する
ことを特徴とする太陽光発電システムの制御方法。
1. A solar cell that outputs DC power, and a booster circuit that boosts the DC power by switching control.
A control method for a photovoltaic power generation system having an inverter main circuit for converting the DC power after boosting to AC power, which is used in connection with a commercial power system, wherein the output power of the solar cell is Pulse width modulation control is performed on the inverter main circuit so that the output voltage becomes almost maximum, and when the input voltage of the inverter main circuit exceeds a certain voltage lower than the withstand voltage, the input voltage of the inverter main circuit A method for controlling a photovoltaic power generation system, comprising adjusting a boosting ratio of the boosting circuit so as to suppress a rise.
【請求項2】前記インバータ主回路の入力電圧が耐電圧
を越えるときには、前記昇圧回路を動作停止状態にする
ことを特徴とする請求項1記載の太陽光発電システムの
制御方法。
2. The method for controlling a photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein when the input voltage of the inverter main circuit exceeds the withstand voltage, the booster circuit is put into an operation stop state.
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